过程装备制造与检测 邹广华 刘强 课后习题答案

过程装备制造与检测

0-1过程装备主要包括哪些典型的设备和机器。

过程装备主要是指化工、石油、制药、轻工、能源、环保和视频等行业生产工艺过程中所涉及的关键典型备。

0-3压力容器按设计压力分为几个等级，是如何划分的。

按设计压力分为低压中压高压超高压四个等级，划分如下：低压（L）中压（M）高压（H）10-100超高压（U）>100

0-4为有利于安全、监督和管理，压力容器按工作条件分为几类，是怎样划分的。

a.第三类压力容器（下列情况之一）

毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和力P*V≥0．2MPa·m3的低压容器；易燃或毒性程度为中度危害介质且P*V≥·m3的中压反应容器和力

P*V≥10MPa·m3的中压储存容器。;高压、中压管壳式余热锅炉;高压容器。

b.第二类压力容器（下列情况之一）

中压容器[第a条规定除外];易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容

器和储存容器;毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器;低压管壳式余热锅炉;搪玻璃压力容器。

c.第一类压力容器

除第a、b条规定外，为第一类压力容器。

0-7按压力容器的制造方法划分，压力容器的种类。

单层容器：锻造法卷焊法电渣重溶法全焊肉法多层容器：热套法层板包扎法绕代法绕板法

1-3常规检测包括哪些检测内容。

包括宏观检测、理化检测、无损检测（射线超声波表面）

2-1简述射线检测之前应做的准备工作。

在射线检测之前，首先要了解被检工件的检测要求、验收标准，了解其结构特点、材质、制造工艺过程等，结合实际条件选组合式的射线检测设备、附件，为制定必要的检测工艺、方法做好准备工作。

2-2说明射线照相的质量等级要求（象质等级）。

一般情况下选AB级（较高级）的照相方法，重要部位可考虑B级（高级），不重要部位选A级（普通级）。

2-3射线检测焊接接头时，对接接头透照缺陷等级评定的焊缝质量级别是怎样划分的。

Ⅰ级焊缝内内不允许有裂纹、未熔合、未焊透和条状夹渣存在；Ⅱ级焊缝内不允许有裂纹、未熔合、未焊透存在；Ⅲ级焊缝内不允许有裂纹、未熔合以及双面焊或者相当于双面焊的全焊头对接焊缝和家电板的单面焊中的未焊透。不家电板的单面焊中的；焊缝缺陷超过Ⅲ级者为Ⅳ级。

3-2在超声波检测过程中，影响超声波能衰减的主要原因有哪些方面，衰减对检测有哪些影响，实际检测时常采取什么措施

a声束的扩散衰减b超声波的散射衰减c介质吸收引起的衰减会使检测灵敏度降低必须使用耦合剂（一般为液体）

3-3超声波检测时应做的准备工作.

（1）调节扫描速度（2）调节检测灵敏度，包括试块调节和工件调节两种方法

3-6说明超声检测焊接接头时，国家标准对焊接接头检测等级的划分和选择。

焊接接头超声检测分为A、B、C三个等级（GH345一89）。就检验的完善程度而言A级最低（难度系数1）；B级一般（难度系数5-6）1C级最高（难度系数10-12）工程技术人员应在充分了解超声检测可行性的基础上进行结构设计及确定制造工艺，以防止焊接结构限制相应检测等级的实施。

1各等级的检验范围

a．A级检验用一种角度斜探头在被检焊缝的单面单侧仅对可能扫查到的焊缝截面实施检测。一般情况下不要求检测横向缺陷。当母材厚度大于50mm时，不允许采用A级检验。

级检验原则上用一种角度探头在被检焊缝的单面双侧对整个焊面截面实施检当母材厚度大于100mm时，要求在被检焊缝的双面双侧进行检测。在受几何条件限制的情况下，可用两种角度的斜探头在被检焊缝的双面单侧实施检测。条件允许应检测横向缺陷。

c．C级检验至少要用两种角度的斜探头在被检焊缝的单面双侧实施检测，同时要求在两个扫查方向上用两种角度的斜探头检测横向缺陷。当母材厚度大于100mm时，应在被检焊缝的双面双侧进行检测。

4-1磁粉检测原理。影响磁粉检测灵敏度高低（漏磁场强度的强弱）的主要因素有哪些。

当一被磁化的工件表面和内部存在缺陷时，缺陆的导磁率远小于工件材料，阻大，阻碍磁力线利通过，造成力线弯曲。果工件表面、近表面存在缺陷（没有裸露出表面也可以），则磁力线在缺陷处会逸出表面进人空气中，形成漏磁场。此时若在工件表面撒上导磁率很高的磁性铁粉，在漏场处就会有意粉被吸附，聚集形成磁痕，通过对磁痕得分析即可评价缺陷。

1外加磁场影响2缺陷的形状和位置3材料的性质4被检材料的表面状态

4-2磁粉检测的特点。

磁粉检测有如下几个特点。

1适用于能被磁化的材料（如铁、钴、镍及其合金等），不能用于非磁性材料（如锅、铝、铬等）。

2适用于材料和工件的表面和近表面的缺陷，该缺陷可以是裸露于表面，也可以是未裸露于表面。不能检测较深处的缺陷（内部缺陷）。

3能直观地显示出缺陷的形状、尺寸、位置，进而能做出缺陷的定性分析。

4检测灵敏度较高，能发现宽度仅为μm的表面裂纹。

5可以检测形状复杂、大小不同的工件。

6检测工艺简单，效率高、成本低。

4-8渗透检测原理和特点。

当被检工件表面存在有细微的肉眼难以观察到的裸露开口缺陷时，将含有有色染料或者荧光物质的渗透剂，用浸、喷或刷涂方法涂覆在被检工件表面，保持一段时间后，渗透剂在存在缺陷处的毛细作用下渗人表面开口缺陷的内部，然后用清洗剂除去表面上滞留的多余渗透剂，再用浸、喷或刷涂方法在工件表面上涂覆薄薄一层显像剂。经过一段时间后，渗人缺陷内部的渗透剂又将在毛细作用下被吸附到工件表面上来，若渗透剂与显像剂颜色反差明显（如前者多为红色，后者多为白色）或者渗透剂中配制有荧光材料，则在白光下或者在黑光灯下，很容易观察到放大的缺陷显示。当渗透剂和显像剂配以不同颜色的染料来显示缺陷时，通常称为着色渗透检测（着色检测、着色探伤）。当渗透剂中配以荧光材料时，在黑光灯下可以观察到荧光渗透剂对缺陷的显示，通常称为荧光渗透检测（荧光检测、荧光探伤）。因此，渗透检测是着色检测和荧光检测的统称。其基本检测原理是相同的。

特点1适用材料广泛，可以检测黑色金属、有色金属，锻件、铸件、焊接件等；还可以检测非金属材料如橡胶、石墨、塑料、陶瓷、玻璃等的制品。2是检各种工件裸露出表面开口缺陷的有效无损检测方法，灵敏度高，但未裸露的内部深处缺陷不能检测3设备简单，操作方便，尤其其对大曲积的表曲缺陷检测效率高，周期短。4所使用的渗透检测剂（渗透剂、显像剂、清冼剂）有刺激性气味，应注意通风5若被检表面受到严重污染，缺陷开口被阳塞无法彻底清除时，渗透检测灵敏度将显著下降。

4-9渗透检测方法的分类和选用。

1荧光渗透检测，渗透剂种类包括水洗型、后乳化型、溶剂去除型，

2着色渗透检测，

零件表面上多余的荧光渗透液可直接用水清洗掉。在紫外线灯下有明亮的荧光显示，易于水洗，检查速度快，对于表面粗糙度低且检测灵敏度要求不高的工件可以选用。适用于中、小型零件的批量检测

零件表面上的荧光渗透液要用乳化剂乳化处理后，方能用水洗掉。有极明亮的荧光，对于表面粗糙度较高且要求有较高检测灵敏度的工件宜选用此法

零件表面上的多余荧光渗透液需用溶剂清洗，检验成本比较高，一般情况下不宜采用。对于大型工件的局部检测可以选用

与水洗型荧光渗透剂相似，但不需要紫外线灯

与后乳化型荧光渗透剂相似，但不需要紫外线灯

一般装在喷罐内使用，便于携带，广泛用于焊缝、大型工件局部等处的检测，尤其适用于现场无水源、电源等情况下的检测

5-1举例说明GB150《钢制压力容器》中，根据压力容器主要受压部分的焊接接头位置，对焊接焊接接头的分类及其对他压力容器制造的实际作用。

上述关于焊接接头的分类及分类顺序，对于压力容器的设计、制造、维修、作都有着很重要的指导作用，例如：1壳体在组对时的对口错边量、棱角度等组对参数的技术要求，A类和B类接头是不同的，总的来看A类焊接接头的对口错边量、棱角度等参数的技术要求要比B类的严格；2焊接接头的余高要求，对于A、B、

C、D类的接头分别提出了不同的技术要求；3无损检测对A、B、C、D类焊接接头的检测范围、检测工艺内容以及最后的评定标准等都作了较具体的不同要求。

5-2焊接接头的基本形式有几种，在设计制造时应尽量选用哪种形式，为什么

对接、十字形、交接头、搭接

5-3为什么焊接接头的“余高”称为“加强高”是错误的

会增大应力集中系数Kr，即工作压力分布更加不均匀，造成焊接接头的强度下降

5-4以低碳钢为例说明焊接接头在组织、性能上较为薄弱的部位是哪个部位，为什么

热影响区中的过热区，此区奥氏体晶粒产生严重增大现象，冷却后得到过热组织，冲击韧性明显降低，约下降25-30%，对刚性较大的结构常在此区开裂。

5-5焊接坡口的形式有几种，选择坡口时主要考虑哪些问题

1设计或选择不同形式坡口的主要目的是保证焊接接头全焊透2设计或选择坡口首先要考虑的问题是被焊接材料的厚度。对于薄钢板的焊接，可以直接利用钢板端部（此时亦称为1形坡口）进行，对于中、厚板的焊接坡口，应同时考虑施焊的方法3要注意坡口的加工方法，如I形、V形、X形等坡口，可以利用气割、等离子切割加工，而U形、双U形坡口，则需用刨边机加工。4在相同条件下，不同形式的坡口，其焊接变形是不同的。例如，单面坡口比双面坡口变形大；V 形坡口比U形坡口变形大等。应尽量注意减少残余焊接变形与应力

5-7焊条的组成及其应用。解释E5015和J507的含义。

5-16电渣焊及其焊接特点。

电渣焊是利用电流通过液体熔渣产生的电阻热作热源，将工件和填充金熔合成焊缝的焊接方法。电渣焊的焊接过程可分为三个阶段：引弧造渣阶段、正常焊接阶段和引出阶段。合格的焊缝在正常焊接阶段产生，而两端焊缝部分应割除。根据采用电极的形状及其是否固定，电渣焊方法分为丝极电渣焊、熔嘴电渣焊和板极电渣焊。电渣焊最主要的特点是适合焊接厚件，且一次焊成，但由于焊接接头的焊缝区、热影响区都较大，高温停留时间长，易产生粗大晶粒和过热组织，接头冲击韧性较低，一般焊后必须进行正火和回火处理。

5-18焊接材料选择原则。

应根据母材的化学成分、力学性能、焊接性能结合压力容器的结构特点和使用条件综合考虑选用焊接材料，必要时通过试验确定。焊缝金属的性能应高于或等于相应母材标准规定值的下限或满足图样规定的技术要求：对各类钢的焊缝金属要求如下。（1)相同钢号相焊的焊缝金属。1碳素钢、碳锰低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，且需控制抗拉强度上限。2铬钼低合金钢的焊缝金属应保证化学成分和力学性能，且需控制抗拉强度上限。3低温用低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，特别应保证夏比（V形）低温冲击韧性。4高合金钢的焊缝金属应保证力学性能和耐腐蚀性能。5不锈钢复合钢板基层的焊缝金属应保证力学性能，

且需控制抗拉强度的上限；复层的焊缝金属应保证耐腐蚀性能，当有力学性能要求时还应保证力学性能。复层焊缝与基层焊缝，以及复层焊缝与基层钢板交界处推荐采用过渡层：

（2）不同钢号相焊的焊缝金属1不同钢号的碳素钢、低合金钢之间的焊缝金属应保证力学性能。推荐采用与强度级别较低的母材相匹配的焊接材料。2碳素钢、低合金钢与奥氏体高合金钢之间的焊缝金属应保证抗裂性能和力学性推荐采用铬镍含量较奥氏体高合金钢母材高的焊接材料。3焊接材料必须有产品质量证明书，并符合相应标准的规定，且满足图样的技术要求，进厂时按有关质量保证体系规定验收或复验，合格后方准使用。

5-21奥氏体不锈钢（18-8型钢）焊接的主要问题及预防措施。

主要问题是晶间腐蚀和热裂纹。晶间腐蚀预防措施，控制焊缝的化学成分，包括控制焊缝得含碳量使之低于％（低碳）或％（超低碳）减少形成碳化铬的条件；添加稳定化元素（稳定剂）在被焊母材和焊接材料中，起到稳定奥氏体内铬含量的作用；双相组织法，使焊缝中形成少量δ铁素体组织，与奥氏体一起呈现双相组织，可以提高抗晶间腐蚀的能力。热裂纹预防措施：1严格限制焊缝中的硫、磷等有害元素的含量。2控制焊缝成分，使其形成由奥氏体与铁素体组成的双相组织，并控制铁素体的含量不宜过高了，可参考预防晶间腐蚀的双相组织法。这时的双相组织焊缝具有较高的抗裂性。3选用碱性焊接材料，低线能量，快焊快冷，防止过热。4尽量减少焊接残余应力。注意正确的焊接结构，选择减少焊缝金属充填量的坡口形式。

5-25解释下列概念：①焊接线能量；②焊缝形状系数；③焊接冷却时间t8/5;④可焊性；⑤TIG、MIG；⑥冷裂纹。

1焊接时由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量，又称为焊接线能量。

2熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度与焊缝厚度的比值。

3 即焊接钢体在800-500℃范围内的冷却时间，常用来代替此范围内的冷却速度4焊接性，是指金属材料在采用一定的焊接工艺包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及焊接结构形式等条件下，获得优良焊接接头的难易程度。

5 TIG就是钨极惰性气体焊,一般称作非熔化极气体保护焊，TIG是指非熔化极气体保护焊，是利用外加气体作为保护介质的一种电弧焊方法，其优点是电弧和熔池可见性好，操作方便；没有熔渣或很少熔渣，无需焊后清渣；MIG即熔化极惰性气体保护焊，使用熔化电极，以外加气体作为电弧介质，并保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法，称为熔化极气体保护电弧焊。用实芯焊丝的惰性气体（Ar或He）保护电弧焊法称为熔化极惰性气体保护焊，简称MIG 焊。

6焊接接头冷却到较低温度时（对于钢来说在MS温度，即奥氏体开始转变为马氏体的温度以下）产生的焊接裂纹。

6-1净化作用的作用及其常用净化方法、特点。

1试验证明，除锈质量的好坏直接影响着钢材的腐蚀速度。不同的除锈方法对钢材的保护寿命也不同，如抛丸或喷丸除锈后涂漆的钢板比自然风化后经钢丝刷除锈涂漆的钢板耐腐蚀寿命要长五倍之多.另外，铝、不锈钢制造的零件应先进行酸洗再进行纯化处理，以形成均匀的金属保护膜，提高其耐腐蚀性能。

2对焊接接头处尤其是坡口处进行净化处理，清除锈、氧化物、油污等，可以保证焊接质量：例如，铝及合金、低合金高强钢，特别是目前广泛推广使用的钛及其合金的焊接，必须进行焊前的严格清洗，才能保证焊接质量，保证耐腐蚀性能。3可以提高下道工序的配合质量。例如，下道工序需要进行喷镀、搪瓷、衬里的设备以及多层包扎式和热套式高压容器的制造，净化处理是很重要的一道工序。

a.喷砂法是目前国内常用的一种机械净化方法，要用于型材（如钢板）和设备大表面的净化处理。可除锈、氧化皮等，使之形成均匀的有一定粗糙度的表面。效率较高但粉尘大，对人体有害，应在封闭的喷砂室内进行。

b.抛丸法由于喷砂法严重危害人体健康，污染环境，目前国外已普遍应用抛丸法处理。其主要特点是改善了劳动条件，易实现自动化，被处理材料表面质量控制方便

c.化学净化法金属表面的化学净化处理主要是对材料表面进行除锈、除污物和氧化、磷化及钝理，后者即在除锈、除污物的基础上根据不同材料，将清洁的金属表面经化学作用（氧化、磷化、钝化处理）形成保护膜，以提高防腐能力和增加金属与漆膜的附着力。

钢铁酸洗除锈钢铁材料酸洗是常用的净化方法，它可以除去金属表面的氧化皮、锈蚀物，焊缝上残留的熔渣等污物

钢铁材料表面除锈多用盐酸，其速度快、效率高，不产生氢脆，表面状态好，配制洗液时比硫酸安全、经济。

金属表面除油主要是利用油脂能溶于有机溶剂，能发生皂化反应等特性，将金属表面上的油污除掉。

全属表面的氧化、磷化和钝化将清洁后的金属表面经化学作用，形成保护性薄膜，以提高防腐能力和增加金属与漆膜的附着力的方法，即氧化、磷化、钝化处理。

i.氧化处理。金属表面与氧或氧化剂作用，形成保护性的氧化膜，防止金属被进一步腐蚀。黑色金属氧化处理主要有酸性氧化法和碱性氧化法，前者经济、应用较广，耐腐蚀性和机械强度均超过碱性氧化膜。有色金属可以进行化学氧化和阳极氧化处理。

ii磷化处理。用锰、锌、镉的正磷酸盐溶液处理金属，使表面生成一层不溶性磷酸盐保护膜的过程称金属的磷化处理。此薄膜可提高金属的耐腐蚀性和绝缘性．并能作为油漆的良好底层。

jii.钝化处理。金属与铬酸盐作用，生成三价或六价铬化层，该铬化层具有一定的耐腐蚀性，多用于不锈钢、铝等金属。

7-2热卷筒节成形的特点。

1热卷可以防止冷加工硬化的产生、塑性和韧性大为提高，不产生内应力，减轻卷板机工作负担；2应控制合适的加热温度；3应控制合适的加热速度；4热卷需要加热设备，费用较大，在高温下加工，操作麻烦，钢板减薄严重；5对于厚板或小直径筒节通常采用热卷，当卷板时变形率超过要求、卷板机功率不能满足要求时，都需采用热卷。

7-3利用对称式三辊卷板机卷制筒节时，直边产生的原因及其处理方法。

被卷钢板两端各有一段无法弯卷而产生直边，直边长度大约为两个下辊中心距的一半。直边的产生使筒节不能完成整圆，也不利于校圆、组对、焊接等工序的进

行。因此在卷板之前通常将钢板两端进行预弯曲。特殊情况下，如厚板卷制后，纵缝采用电渣焊时，也可保留直边以利于电渣焊，焊后校圆。

7-7管子弯曲时易产生的缺陷及控制方法。

管子在弯矩M作用下发生纯弯曲变形时，中性轴外侧管壁受拉应力的作用，随着变形率的增大，力逐渐增大，管壁可能减薄，严重时可产生微裂纹；内侧管壁受压应力的作用，管壁可能增厚，严重时可使管壁失稳产生折皱；同时在合力作用下，使管子横截面变形，若管子是自由弯曲，变形将近似为椭圆形，若管子是利用具有半圆槽的弯管模进行弯曲，则内侧基本上保持半圆形，而外侧变扁，。管子外径和壁厚通常由结构与强度设计的决定，而管子弯曲半径R应根据结构要求和弯管工艺条件来选择。为尽量预防弯管缺陷的产生，管子弯曲半径不宜过小，以减小变形度，若弯曲半径较小时，可适当采取相应的工艺措施，如管内充砂、加芯棒、管子外用檜轮压紧等工艺。

8-3管子与管板连接方式及其特点。

a.胀接将胀管器插人到装配在管板孔里的管口内，加向前轴向力并顺时针旋转，将管子端部胀大变形直至管子端部产生塑性变形，管板孔产生弹性变形，退出胀管器则管子在管板孔弹性变形恢复的作用下，使管子与管板孔接触表面上产生很大的挤压力并紧密结合，既达到了密封又能抗拉脱力。胀接适用于直径不大，管壁不厚的管子；胀接的管板材料的力学性能应比管子材料的高，使管子产生塑性变形时，管板仍处于弹性变形阶段，以保证胀接的强度，相同材料不宜胀接；胀接后管子与管板孔的间隙比焊接的小，有利于管端的耐腐蚀性提高；胀接的强度和密封性不如焊接；胀接不适于管程和壳程温差较大的场合，否则影响胀接质量；胀接时要求环境温度不低于一10℃，以保证胀接质量；胀接表面要求清洁，管板孔表面粗糙度Ra值不大于μm。

b.焊接管子与管板连接采用焊接法应用比较广泛，其主要特点是对不能胀接的管子与管板。如管子与管板材料相同、小直径厚壁管、大直径管及管程和壳程介质温差较大的场合等，可以采用焊接连接，烀接连接的管了与管板孔的间隙较大，且介质在此流动困难。耐腐蚀性差多焊接的强度较高、密封性好；管子与管板连接采用的自动脉冲钨极氩弧焊、效率高、质量好。

C胀焊连接胀焊连接即是对同一管口进行胀接再加焊接，因此胀焊连接同时具备了胀接和焊接的优点。对于在高温、高压下工作的换热器，由于单一的焊接或胀接的缺点，而不能满足工作条件的需要，张焊连接则既可以解决高温下胀接应力松弛、胀口失效，又可以解决焊接接口在高温循环应力作用下，焊口易发生疲劳裂纹和焊接间隙内的易腐蚀损坏等问题。胀焊连接在生产中又有先胀后焊和先焊后胀的两种工艺，各有特长，但大多采用先焊后胀工艺，只是要注意避免后胀可能产生裂纹的问题。另外，管子与管板连接还有采用爆炸胀接的方法。

8-4比较单层与多层容器制造的特点。

1单层容器相对多层容器，其制造艺程简单、生产效率较高。多层容器工艺过较复杂，工序较多，生产周期长、

2单层容器使用钢板相对较厚，而厚钢板（尤其是超厚钢板）的轧制比较困难，抗脆裂性能比薄板差，质量不易保证，价格昂贵。多层容器所用钢板相对较薄，质量均匀易保抗脆裂性好，

3多层容器的安全性比单层容器高，多墚层容器的每层钢板相对抗脆裂性好，而且不会产生瞬时的脆性破坏，即使个别层板存在缺陷，也不至延展至其他层板。另外，多层容器的每个筒节的层板上都钻有透气孔，可以排出层间气体，若内筒发生腐蚀破坏，介质由透气孔泄出也易于发现。

4多层容器山于层间间隙的存在，所以导热性比单层容器小得多，高温工作时热应力大。

5由于山多层容器层板间隙的存在，环焊缝处必然存在缺口的应力集中

6多层容器没有深的纵焊缝，但它的深环焊缝难于进行热处理。

7单层厚壁容器在内压作用下，筒体沿壁厚方向的应力分布很不均匀，筒体内壁面应力大、外壁面应力小，随着简体外直径和内直径之比的增大，这种不均匀性更为突出。为提高厚壁筒的承载能力，在内壁面产生预压缩应力，达到均化应力沿壁厚分布的目的，出现了各种形式的多墚简体结构。热套式筒体是典型的多层筒体结构。

8-5多层容器的结构形式有哪些种类及其结构特点。

热套式扁平钢带错绕式层板包扎式绕板式绕丝式